KR101397753B1 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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KR101397753B1
KR101397753B1 KR1020130011308A KR20130011308A KR101397753B1 KR 101397753 B1 KR101397753 B1 KR 101397753B1 KR 1020130011308 A KR1020130011308 A KR 1020130011308A KR 20130011308 A KR20130011308 A KR 20130011308A KR 101397753 B1 KR101397753 B1 KR 101397753B1
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윤종식
김성한
정종호
구본석
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삼성전기주식회사
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Abstract

The present invention relates to a solid oxide fuel cell capable of current collecting air electrodes from a fuel electrode side. For this, the solid oxide fuel cell of the present invention is formed in a state of a flat plate, and can comprise: an electrolyte layer forming at least one penetration hole therein; an air electrode laminated on one surface of the electrolyte layer; at least one fuel electrode laminated on the other surface of the electrolyte layer; and an interconnector arranged to pass through the through-hole of the electrolyte layer, one surface of which is bound to the air electrode and the other surface of which is exposed to the fuel electrode side.

Description

고체산화물 연료 전지{SOLID OXIDE FUEL CELL}[0001] SOLID OXIDE FUEL CELL [0002]

본 발명은 고체산화물 연료 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료극 측에서 공기극의 집전이 가능한 고체산화물 연료 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a solid oxide fuel cell capable of collecting an air electrode on a fuel electrode side.

연료 전지란 연료(수소, LNG, LPG 등)와 공기의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전기술이 연료의 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 발전기 구동 과정을 취하는 것과 달리 연소 과정이나 구동 장치가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다. 이러한 연료 전지는 SOx와 NOx 등의 대기오염물질을 거의 배출하지 않고 이산화탄소의 발생도 적어 무공해 발전이며, 저소음, 무진동 등의 장점이 있다.Fuel cells are devices that directly convert fuel (hydrogen, LNG, LPG, etc.) and chemical energy of air into electricity and heat by electrochemical reaction. Unlike the existing power generation technology that takes fuel combustion process, steam generation, turbine drive, and generator drive process, there is no combustion process or drive device, so it is a new concept of power generation technology that not only causes high efficiency but also causes environmental problems. Such a fuel cell emits almost no air pollutants such as SOx and NOx, and generates less carbon dioxide, which is pollution-free, and has advantages of low noise and no vibration.

?연료 전지는 인산형 연료 전지(PAFC), 알칼리형 연료 전지(AFC), 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC), 직접메탄올 연료 전지(DMFC), 고체산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 등 다양한 종류가 있다. Fuel cells can be used in various applications such as phosphoric acid fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), direct methanol fuel cells (DMFC), solid oxide fuel cells There are various kinds.

이 중 고체산화물 연료 전지(SOFC)는 활성화 분극에 바탕하여 과전압이 낮고, 비가역적 손실이 적으므로 발전효율이 높다. 또한, 수소뿐만 아니라 탄소 또는 하이드로 카본계의 연료로 사용할 수 있어 연료 선택폭이 넓으며, 발전에 부수하여 배출되는 열은 온도가 매우 높아 이용가치가 높다. Among them, the solid oxide fuel cell (SOFC) has low overvoltage and low irreversible loss based on the activation polarization, and thus has a high power generation efficiency. In addition, it can be used not only as a hydrogen but also as a carbon or hydrocarbon-based fuel, so that the range of fuel selection is wide, and the heat discharged accompanying the power generation is high in temperature because it is very high in temperature.

고체산화물 연료 전지에서 발생한 열은 연료의 개질에 이용될 뿐만 아니라, 열병합 발전에서 산업용 이나 냉방용 에너지원으로 이용할 수 있다. 따라서, 고체산화물 연료 전지는 향후 수소 경제 사회로의 진입을 위해 필수적인 발전 기술로 인식되고 있는 실정이다.The heat generated from the solid oxide fuel cell can be used not only for the reforming of the fuel but also as an energy source for industrial use or cooling in cogeneration power generation. Therefore, the solid oxide fuel cell is recognized as an essential power generation technology for entering the hydrogen economy society in the future.

고체산화물 연료 전지(Solid oxide fuel cell; SOFC)는 일반적으로 평판형 고체산화물 연료 전지와 관형 고체산화물 연료 전지로 분류되고 있다.Solid oxide fuel cells (SOFCs) are generally classified as flat solid oxide fuel cells and tubular solid oxide fuel cells.

이 중, 평판형 고체산화물 연료 전지는 세퍼레이터, 단위전지, 세퍼레이터 순으로 적층된다. 평판형 고체산화물 연료 전지는 관형 고체산화물 연료 전지에 비해서 높은 성능 및 전력밀도를 갖고 제조공정이 매우 간단하다. 특히, 테이프 캐스팅(tape casting), 닥터 블레이드(doctor blade), 스크린 프린팅(screen printing) 등을 통해 평면상에 전극 및 전해질을 제조하므로 연료 전지 제조비용이 낮은 장점이 있다.Of these, the planar solid oxide fuel cell is stacked in the order of a separator, a unit cell, and a separator. Plate-type solid oxide fuel cells have a higher performance and power density than the tubular solid oxide fuel cells, and the manufacturing process is very simple. Particularly, the manufacturing cost of the fuel cell is low due to manufacturing electrodes and electrolytes on a plane through tape casting, doctor blade, screen printing and the like.

평판형 고체산화물 연료 전지의 단위 전지는 전해질막, 전해질막의 일면에 위치하는 공기극, 및 전해질막의 다른 일면에 위치하는 연료극을 포함하여 구성된다. 또한 공기극과 연료극에는 각각 집전체가 배치된다. The unit cell of the planar solid oxide fuel cell comprises an electrolyte membrane, an air electrode located on one surface of the electrolyte membrane, and a fuel electrode located on the other surface of the electrolyte membrane. The current collectors are disposed on the air electrode and the fuel electrode, respectively.

이러한 단위 전지는, 공기극에 산소를 공급하고 연료극에 수소를 공급하면, 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 연료극으로 이동한 후 연료극에 공급된 수소와 반응하여 물을 생성한다. 이때 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 이를 이용하여 전기에너지를 생산한다.In the unit cell, when oxygen is supplied to the air electrode and hydrogen is supplied to the fuel electrode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen in the air electrode move to the fuel electrode through the electrolyte membrane, and then react with hydrogen supplied to the fuel electrode to generate water do. At this time, the electrons generated in the anode are transferred to the cathode and are consumed, and then electrons flow to the external circuit, and the electric energy is produced using the electrons.

그런데 이러한 평판형 고체산화물 연료 전지의 작동 환경에서, 공기극에는 고온의 산화 분위기가 형성된다. 따라서, 공기극의 집전체로 금속이나 페라이트계 물질을 직접 공기극 측에 배치하는 경우, 고온의 산화 분위기로 인해 공기극과 집전체 사이의 저항이 증가하게 된다는 문제가 있다. 또한 산화 분위기에 의해 공기극과 집전체에 산화막이 형성된다는 문제가 있다. However, in an operating environment of such a planar solid oxide fuel cell, a high temperature oxidizing atmosphere is formed in the air electrode. Therefore, when a metal or a ferrite-based material is directly disposed on the air electrode side as a current collector of the air electrode, resistance between the air electrode and the current collector increases due to a high-temperature oxidizing atmosphere. Further, there is a problem that an oxide film is formed on the air electrode and the current collector by an oxidizing atmosphere.

이러한 저항의 증가나 산화막은 집전체와 공기극 사이의 도전 특성을 저하시키므로 최종적으로 연료 전지의 효율을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.
Such an increase in resistance or an oxide film deteriorates the conductive characteristics between the current collector and the air electrode, thereby ultimately lowering the efficiency of the fuel cell.

일본특허공개공보 제2007-066583호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-066583

본 발명의 목적은 집전체와 공기극 사이에 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있는 고체산화물 연료 전지를 제공하는 데에 있다. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of preventing an increase in resistance between a current collector and an air electrode.

또한 본 발명의 다른 목적은 연료극 측에 공기극 집전체를 형성할 수 있는 고체산화물 연료 전지를 제공하는 데에 있다. Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of forming an air electrode current collector on the fuel electrode side.

본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지는, 편평한 판 형태로 형성되며, 내부에 적어도 하나의 관통 구멍이 형성되는 전해질층; 상기 전해질층의 일면에 적층되는 공기극; 상기 전해질층의 타면에 적층되는 적어도 하나의 연료극; 및 상기 전해질층의 관통 구멍을 관통하도록 배치되고, 일면은 상기 공기극에 접합되며 타면은 상기 연료극 측으로 노출되는 인터커넥터;를 포함할 수 있다.A solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: an electrolyte layer formed in a flat plate shape and having at least one through hole formed therein; An air electrode stacked on one surface of the electrolyte layer; At least one fuel electrode stacked on the other surface of the electrolyte layer; And an interconnector which is disposed to penetrate the through hole of the electrolyte layer and has one surface bonded to the air electrode and the other surface exposed to the fuel electrode side.

본 실시예에 있어서 상기 공기극은, 상기 전해질층의 일면 전체에 형성될 수 있다. In this embodiment, the air electrode may be formed on one entire surface of the electrolyte layer.

본 실시예에 있어서 상기 연료극은, 다수개가 상기 전해질층의 관통 구멍 주변에 배치될 수 있다. In this embodiment, a plurality of the fuel electrodes may be disposed around the through-holes of the electrolyte layer.

본 실시예에 있어서 상기 전해질층의 상기 관통 구멍은, 십자(+) 형상으로 형성될 수 있다. In this embodiment, the through hole of the electrolyte layer may be formed in a cross (+) shape.

본 실시예에 있어서, 상기 연료극의 외부면에 형성되는 연료극 집전체; 및 상기 인터커넥터의 타면에 형성되는 공기극 집전체;를 더 포함할 수 있다. In this embodiment, a fuel electrode collector formed on the outer surface of the fuel electrode; And an air electrode collector formed on the other surface of the interconnector.

본 실시예에 있어서, 상기 연료극은 하나의 층으로 형성되며, 상기 전해질층의 관통 구멍에 대응하는 위치에 상기 인터커넥터가 배치되는 적어도 하나의 개구부가 형성될 수 있다. In this embodiment, the fuel electrode is formed as one layer, and at least one opening portion in which the interconnector is disposed may be formed at a position corresponding to the through hole of the electrolyte layer.

또한 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지는, 편평한 판 형태로 형성되는 전해질층; 상기 전해질층의 일면에 적층되는 공기극; 상기 전해질층의 타면에 적층되는 연료극; 상기 전해질층의 관통하여 상기 공기극에 접합되는 인터커넥터; 상기 연료극의 외부면에 형성되는 연료극 집전체; 및 상기 인터커넥터의 외부면에 형성되는 공기극 집전체;를 포함할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell including: an electrolyte layer formed in a flat plate shape; An air electrode stacked on one surface of the electrolyte layer; A fuel electrode stacked on the other surface of the electrolyte layer; An interconnection penetrating through the electrolyte layer and bonded to the air electrode; A fuel electrode collector formed on an outer surface of the fuel electrode; And an air electrode collector formed on an outer surface of the interconnector.

본 발명에 따른 고체산화물 연료 전지는, 공기극 집전체가 연료극의 환원 분위기 내에 배치된다. In the solid oxide fuel cell according to the present invention, the air electrode collector is disposed in the reducing atmosphere of the fuel electrode.

따라서 종래와 같이 산화 분위기에 배치되는 공기극 집전체에 비해 매우 다양한 재질로 공기극 집전체를 형성할 수 있다.Therefore, the air electrode current collector can be formed with a very different material as compared with the air electrode current collector arranged in the oxidizing atmosphere as in the conventional art.

또한 공기극 집전체에 산화막이 형성되는 것도 방지할 수 있으며, 고온에 의해 공기극과 집전체 사이의 저항이 증가하는 것도 최소화할 수 있다. Also, it is possible to prevent an oxide film from being formed on the air electrode current collector, and the increase in resistance between the air electrode and the current collector due to the high temperature can be minimized.

따라서 종래와 같이 산화막이나 고온으로 인해 발생되는 저항 손실을 최소화할 수 있으며, 이에 연료 전지의 효율을 높일 수 있다.
Accordingly, the resistance loss caused by the oxide film or the high temperature can be minimized, and the efficiency of the fuel cell can be increased.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 도 1의 A-A에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지를 개략적으로 나타내는 사시도.1 is a perspective view schematically showing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is an exploded perspective view of Fig. 1; Fig.
3 is a sectional view taken along line AA in Fig.
4 is a perspective view schematically showing a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. In addition, the shape and size of elements in the figures may be exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이다. 또한 도 3은 도 1의 A-A에 따른 단면도이다. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A in Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지(100)는 연료극(10), 전해질층(20), 및 공기극(30)이 적층되어 결합된 단위셀을 포함한다. 여기서 단위셀은 연료극(10)을 통해 공급되는 수소와 상기 공기극(30)을 통해 공급되는 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.1 to 3, the solid oxide fuel cell 100 according to the present embodiment includes a unit cell in which a fuel electrode 10, an electrolyte layer 20, and an air electrode 30 are stacked and coupled. Here, the unit cell electrochemically reacts hydrogen supplied through the fuel electrode 10 and oxygen supplied through the air electrode 30 to produce electricity.

전해질층(20)은 편평한 판 형태일 수 있으며, 구체적으로 시트 형태로 형성될 수 있다. The electrolyte layer 20 may be in the form of a flat plate, and specifically in the form of a sheet.

전해질층(20)은 연료극(10)의 내부로 유입된 연료가 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 해야 하므로 미소한 간극이나 기공 또는 흠집이 없도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 전해질층(20)은 이온 전도성이 있는 고체산화물로 형성될 수 있다. 전해질층(20)은 지르코니아(ZrO2)에 이트리아(Y2O3)를 녹인 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized ZrO2; YSZ) 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명에 있어서, 전해질층(20)의 재료가 YSZ로 제한되는 것은 아니며, 이 외에 전해질층(20)으로 기능할 수 있는 다양한 재료로 전해질층(20)이 형성될 수 있다. The electrolyte layer 20 is required to prevent fuel flowing into the fuel electrode 10 from flowing out to the outside, so that it is preferable that the electrolyte layer 20 is free from minute gaps or pores or scratches. This electrolyte layer 20 may be formed of a solid oxide having ion conductivity. May include a metal oxide such as; (YSZ Yttria Stabilized ZrO 2), an electrolyte layer 20 is zirconia, yttria (Y 2 O 3) dissolved in the yttria-stabilized zirconia on the (ZrO 2). However, in the present invention, the material of the electrolyte layer 20 is not limited to YSZ. In addition, the electrolyte layer 20 may be formed of various materials capable of functioning as the electrolyte layer 20.

또한 본 실시예에 따른 전해질층(20)은 내부에 적어도 하나의 관통 구멍(25)을 포함한다. 관통 구멍(25)은 후술되는 인터커넥터(50)가 배치되기 위한 공간이다. 따라서 관통 구멍(25)은 인터커넥터(50)의 크기와 형상에 대응하는 형태로 형성될 수 있다. Also, the electrolyte layer 20 according to the present embodiment includes at least one through hole 25 therein. The through hole 25 is a space in which the inter connecter 50 to be described later is disposed. Therefore, the through hole 25 may be formed in a shape corresponding to the size and shape of the inter connecter 50.

본 실시예에서는 관통 구멍(25)이 십자(+) 형상으로 형성되는 경우를 예로 들고 있다. 이는 후술되는 연료극(10)이 4개로 분할됨에 따라 도출된 형상으로, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 관통 구멍(25)은 연료극(10)의 개수나 형상, 배치되는 위치에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
In this embodiment, the case where the through hole 25 is formed in a cross (+) shape is taken as an example. This is a shape derived from the fact that the fuel electrode 10 described below is divided into four, and the structure of the present invention is not limited thereto. That is, the through holes 25 can be modified into various shapes depending on the number, shape, and position of the fuel electrode 10.

연료극(10)은 편평한 시트 형상으로 형성되며, 전해질층(20)의 일면(예컨대, 상부면)에 배치될 수 있다. 연료극(10)은 40%에서 60%의 지르코니아 가루를 포함한 산화니켈분을 소결한 재료(니켈/YSZ cermet)로 이루어질 수 있다. 여기서, 산화니켈은 전기에너지를 생성할 때 수소에 의해 금속 니켈로 환원되어 전자 전도성을 발휘하게 된다.The fuel electrode 10 is formed in a flat sheet shape and can be disposed on one surface (e.g., the top surface) of the electrolyte layer 20. The fuel electrode 10 may be made of a material (nickel / YSZ cermet) sintered with nickel oxide powder containing 40 to 60% zirconia powder. Here, nickel oxide is reduced to metal nickel by hydrogen when it generates electric energy, and thereby exhibits electronic conductivity.

또한 본 실시예에 따른 연료극(10)은 다수개 즉, 다수의 시트로 이루어지며, 다수의 시트들은 일정 거리 이격되도록 전해질층(20) 상에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 연료극(10)이 4개의 시트로 구성되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 개수로 구성될 수 있다. Also, the fuel electrode 10 according to the present embodiment is composed of a plurality of sheets, that is, a plurality of sheets, and the plurality of sheets may be disposed on the electrolyte layer 20 so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance. In the present embodiment, the case where the fuel electrode 10 is composed of four sheets is taken as an example. However, the present invention is not limited thereto, and may be configured in various numbers as needed.

또한 본 실시예에서는 4개의 시트가 이 모두 동일한 크기와 동일한 형상으로 형성되는 경우를 예로 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 4개의 시트들을 각각 다른 크기로 형성되거나 다른 형상으로 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
In this embodiment, four sheets are formed in the same size and shape, but the present invention is not limited thereto. That is, various modifications are possible, for example, the four sheets are formed in different sizes or formed into different shapes.

공기극(30)은 전해질층(20)의 타면(예컨대, 하부면)에 배치될 수 있다. The air electrode 30 may be disposed on the other surface (for example, the lower surface) of the electrolyte layer 20.

공기극(30)은 페로브스카이트형 산화물을 사용할 수 있고, 특히 전자전도성이 높은 란탄스트론튬 망가나이드(예컨대, LS0.84 Sr0.16MnO3)를 사용할 수 있다. 이 경우, 공기극(30)에서 산소는 LaMnO3에 의해서 산소이온으로 전환되어 연료극(10)으로 전달된다.
The air electrode 30 may use a perovskite-type oxide, and particularly lanthanum strontium manganese having a high electron conductivity (for example, LS 0.84 Sr 0.16 MnO 3 ) may be used. In this case, oxygen in the air electrode 30 is converted to oxygen ions by LaMnO 3 and is transferred to the fuel electrode 10.

인터커넥터(50)는 전술한 전해질층(20)의 관통 구멍(25)에 삽입되는 형태로 배치된다. 인터커넥터(50)의 일면은 관통 구멍(25)을 통해 공기극(30)과 접합된다. 그리고 타면은 연료극(10) 측으로 노출된다.The inter connecter 50 is arranged to be inserted into the through hole 25 of the electrolyte layer 20 described above. One surface of the inter connecter (50) is bonded to the air electrode (30) through the through hole (25). And the other surface is exposed toward the fuel electrode 10 side.

따라서 인터커넥터(50)는 전해질층(20)의 관통 구멍(25) 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있으며, 타면은 관통 구멍(25)의 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. Therefore, the inter connecter 50 may be formed to have a shape corresponding to the shape of the through hole 25 of the electrolyte layer 20, and the other face may be formed to protrude to the outside of the through hole 25.

이러한 인터커넥터(50)는 공기극(30)과 공기극 집전체(35)를 전기적으로 연결한다. 따라서 도전성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 인터커넥터(50)는 도전성 세라믹(ceramic)으로부터 형성할 수 있으며, 연료 가스와 및 공기와 접촉하기 때문에, 내 환원성 및 내산화성을 갖는 것이 바람직하며, 따라서, 페로브스카이트(perovskite)형 산화물 등이 사용될 수 있다. The interconnector 50 electrically connects the air electrode 30 and the air electrode collector 35. Therefore, it can be formed of a conductive material. For example, the interconnector 50 may be formed from a conductive ceramic and preferably has reduced resistance and oxidation resistance because it is in contact with the fuel gas and with the air, and thus the perovskite ) Type oxide may be used.

더하여, 인터커넥터(50)는 공기극(30)을 흐르는 공기가 새어나가는 것을 방지하기 위해 치밀한 성질을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 95% 이상의 상대 밀도를 갖도록 형성될 수 있다.
In addition, the interconnector 50 preferably has a dense nature to prevent leakage of air flowing through the air electrode 30. For example, the interconnector 50 may have a relative density of 95% or more.

또한 본 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지(100)는, 전극(10, 30; 즉 연료극과 공기극)에 결합되는 집전체(15, 35)를 포함할 수 있다. 이에 단위셀에서 생성된 전기는 연료극 집전체(15)와 공기극 집전체(35)를 통해 외부 장치 또는 회로에 공급될 수 있다. In addition, the solid oxide fuel cell 100 according to the present embodiment may include current collectors 15 and 35 coupled to the electrodes 10 and 30 (that is, the fuel electrode and the air electrode). The electricity generated in the unit cell can be supplied to the external device or the circuit through the fuel electrode current collector 15 and the air electrode current collector 35.

특히, 본 실시예에 따른 집전체(15, 35)는 모두 연료극(10) 측에 형성된다. 보다 구체적으로, 연료극 집전체(15)는 연료극(10)의 외부면에 형성되고, 공기극 집전체(35)는 공기극(30)이 아닌, 인터커넥터(50)의 타면에 형성된다. In particular, the current collectors 15 and 35 according to the present embodiment are all formed on the fuel electrode 10 side. More specifically, the fuel electrode current collector 15 is formed on the outer surface of the fuel electrode 10, and the air electrode current collector 35 is formed on the other surface of the interconnector 50, not the air electrode 30.

이처럼 공기극 집전체(35)가 연료극(10) 측으로 배치됨에 따라, 공기극 집전체(35)는 공기극(30)에서 발생하는 고온 산화 분위기 내에 배치되지 않고, 연료극(10)의 환원 분위기 내에 배치된다.The air electrode current collector 35 is disposed in the reducing atmosphere of the fuel electrode 10 without being disposed in the high temperature oxidizing atmosphere generated in the air electrode 30 as the air electrode current collector 35 is disposed on the fuel electrode 10 side.

이러한 본 실시예에 따른 집전체(15, 35)는 Ni와 같은 단일 금속이 이용될 수 있고 금속과 세라믹이 혼합된 서멧(Cermet)이 이용될 수 있다. 구체적으로 집전체(15, 35)는 Ni, Ce계 산화물, YSZ계 산화물 또는 Ni, Ce계 산화물, YSZ계 산화물의 혼합물 일 수 있다.
The current collectors 15 and 35 according to the present embodiment may use a single metal such as Ni or a cermet in which a metal and a ceramic are mixed. Specifically, the current collectors 15 and 35 may be Ni, Ce-based oxide, YSZ-based oxide, or a mixture of Ni, Ce-based oxide, and YSZ-based oxide.

이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지(100)는, 공기극 집전체(35)가 연료극(10)의 환원 분위기 내에 배치된다. In the solid oxide fuel cell 100 according to the present embodiment configured as described above, the air electrode collector 35 is disposed in the reducing atmosphere of the fuel electrode 10.

종래와 같이 공기극 집전체가 산화 분위기에 배치되는 경우, 공기극 집전체는 가혹한 온도 조건 내에서도 높은 전도성을 유지해야 하므로, 매우 한정된 재질만이 공기극 집전체로 이용될 수 있다. When the air electrode current collector is disposed in the oxidizing atmosphere as in the prior art, the air electrode current collector must maintain high conductivity even under severe temperature conditions, so that only a very limited material can be used as the air electrode current collector.

즉, 종래의 경우 공기극 집전체의 재료로는 매우 고가의 귀금속이 주로 이용되고 있으며, 수명 또한 정상적인 연료전지 시스템에서 요구하는 기간을 충족시키지 못하는 수준이다. 또한 고온으로 인해 장기적인 내구성을 유지하기 어려워 전체 시스템의 수명을 단축시키는 원인이 되고 있다.That is, conventionally, a very expensive noble metal is mainly used as a material of the current collector of the air electrode, and the lifetime of the air electrode current collector does not satisfy the period required in a normal fuel cell system. In addition, it is difficult to maintain long-term durability due to high temperature, thereby shortening the lifetime of the entire system.

그러나 본 실시예와 같이 공기극 집전체가 환원 분위기에 배치되면, 산화 분위기에 이용되는 공기극 집전체에 비해 매우 다양한 재질로 공기극 집전체를 형성할 수 있다. However, when the air electrode current collector is disposed in the reducing atmosphere as in the present embodiment, the air electrode current collector can be formed with a much different material than the air electrode current collector used in the oxidizing atmosphere.

또한 공기극 집전체에 산화막이 형성되는 것도 방지할 수 있으며, 고온에 의해 저항이 증가하는 것도 최소화할 수 있다. 따라서 종래와 같이 산화막이나 고온으로 인해 발생되는 저항 손실을 최소화할 수 있다.
Also, it is possible to prevent an oxide film from being formed on the entire cathode current collector, and it is also possible to minimize an increase in resistance due to high temperature. Therefore, the resistance loss caused by the oxide film or the high temperature can be minimized.

한편, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않으며, 다양한 응용이 가능하다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various applications are possible.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 4 is a perspective view schematically showing a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

이를 참조하면, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료 전지(200)는 연료극(10)이 다수개가 아닌, 연속적인 하나의 층으로 형성된다. 그리고 연료극(10)의 내부에는 인터커넥터(50)가 수용되는 개구부(12)가 형성된다. Referring to this, the solid oxide fuel cell 200 according to the present embodiment is formed as a single continuous layer rather than a plurality of fuel electrodes 10. In the interior of the fuel electrode 10, an opening 12 in which the interconnector 50 is accommodated is formed.

따라서 개구부(12)는 전해질층(20)의 관통 구멍이 형성된 위치, 즉 인터커넥터(50)가 배치되는 위치에 대응하여 형성되며, 인터커넥터(50)와의 간섭을 방지하기 위해 전해질층(20)의 관통 구멍보다 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
The opening 12 is formed corresponding to the position where the through hole of the electrolyte layer 20 is formed, that is, the position where the interconnector 50 is disposed, and the electrolyte layer 20 is formed to prevent interference with the inter connector 50. [ As shown in FIG.

더하여, 도시되어 있지는 않지만, 연료극과 전해질층에 독립적인 다수의 개구부와 관통 구멍을 형성하고, 각각의 내부에 인터커넥터를 배치하는 등 다양한 응용이 가능하다.
In addition, although not shown, various applications such as forming a plurality of openings and through holes independent of the fuel electrode and the electrolyte layer, arranging the interconnector in each of them, and the like are possible.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

100, 200..... 고체산화물 연료 전지
10.....연료극
12.....개구부
15.....연료극 집전체
20.....전해질층
25.....관통 구멍
30.....공기극
35.....공기극 집전체
50.....인터커넥터100, 200 ..... solid oxide fuel cell
10 ..... anode
12 ..... opening
15 ..... anode collector
20 ..... electrolyte layer
25 ..... Through hole
30 ..... air pole
35 ..... cathode collector
50 ..... Interconnect connector

Claims (7)

편평한 판 형태로 형성되며, 내부에 적어도 하나의 관통 구멍이 형성되는 전해질층;
상기 전해질층의 일면에 적층되는 공기극;
상기 전해질층의 타면에 적층되는 적어도 하나의 연료극; 및
상기 전해질층의 관통 구멍을 관통하도록 배치되고, 일면은 상기 공기극에 접합되며 타면은 상기 연료극 측으로 노출되는 인터커넥터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료 전지.
An electrolyte layer formed in a flat plate shape and having at least one through hole formed therein;
An air electrode stacked on one surface of the electrolyte layer;
At least one fuel electrode stacked on the other surface of the electrolyte layer; And
An inter-connector disposed so as to pass through the through-hole of the electrolyte layer, the one surface being bonded to the air electrode and the other surface being exposed toward the fuel electrode side;
And a solid oxide fuel cell.
제 1 항에 있어서, 상기 공기극은,
상기 전해질층의 일면 전체에 형성되는 고체산화물 연료 전지.
2. The fuel cell according to claim 1,
Wherein the electrolyte layer is formed on one surface of the solid oxide fuel cell.
제 1 항에 있어서, 상기 연료극은,
다수개가 상기 전해질층의 관통 구멍 주변에 배치되는 고체산화물 연료 전지.
The fuel cell according to claim 1,
Wherein a plurality of the electrolyte layers are disposed around the through-holes of the electrolyte layer.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질층의 상기 관통 구멍은,
십자(+) 형상으로 형성되는 고체산화물 연료 전지.
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the through-
A solid oxide fuel cell formed in a cross (+) shape.
제 1 항에 있어서,
상기 연료극의 외부면에 형성되는 연료극 집전체; 및
상기 인터커넥터의 타면에 형성되는 공기극 집전체;
를 더 포함하는 고체산화물 연료 전지.
The method according to claim 1,
A fuel electrode collector formed on an outer surface of the fuel electrode; And
An air electrode collector formed on the other surface of the interconnector;
Further comprising a solid oxide fuel cell.
제 1 항에 있어서,
상기 연료극은 하나의 층으로 형성되며, 상기 전해질층의 관통 구멍에 대응하는 위치에 상기 인터커넥터가 배치되는 적어도 하나의 개구부가 형성되는 고체산화물 연료 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel electrode is formed as one layer and at least one opening in which the interconnector is disposed is formed at a position corresponding to the through hole of the electrolyte layer.
편평한 판 형태로 형성되는 전해질층;
상기 전해질층의 일면에 적층되는 공기극;
상기 전해질층의 타면에 적층되는 연료극;
상기 전해질층의 관통하여 상기 공기극에 접합되는 인터커넥터;
상기 연료극의 외부면에 형성되는 연료극 집전체; 및
상기 인터커넥터의 외부면에 형성되는 공기극 집전체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료 전지.An electrolyte layer formed in a flat plate shape;
An air electrode stacked on one surface of the electrolyte layer;
A fuel electrode stacked on the other surface of the electrolyte layer;
An interconnection penetrating through the electrolyte layer and bonded to the air electrode;
A fuel electrode collector formed on an outer surface of the fuel electrode; And
A cathode current collector formed on an outer surface of the interconnector;
And a solid oxide fuel cell.
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Citations (4)

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